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C70の骨格変換反応を基軸とした内包ならびにヘテロフラーレン合成と機能開発

Research Project

Project/Area Number 15J09612
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Organic chemistry
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

張 鋭  京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2015-04-24 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
KeywordsフラーレンC70 / HFH2O錯体 / 水素結合 / ナノフラスコ / フラーレン / C70 / 水分子
Outline of Annual Research Achievements

C70開口体に対してのHF分子の挿入反応を検討した.HFはH2Oよりも体積が小さいと考えられ,理論計算においてもその挿入に必要な活性化エネルギーはH2Oより小さいことが示された.そのため,開口部は小さいがより高い収率で得られるα-13員環開口体がHFの挿入には最適であると考えた.そこで,HF-Pyridine試薬をHF源として9,000気圧120 °Cの条件下で挿入反応を行った.
その結果,予想したHFを一分子内包したものに加えて,H2OHF錯体とH2Oを内包した開口体がそれぞれ得られた.一方で,HF-Pyridineを加えない条件では,やはり水分子の内包はほとんど確認できなかった.このことから,HFがH2Oの内包に影響を与えていることが明らかとなった.すなわち,最初に内包されたHF分子が,内側からの相互作用により,外部に存在する水分子の挿入に必要な活性化エネルギーを低下させているとものと考えられる.その後,二段階の反応により開口部を完全に閉じることで,HF@C70,(H2OHF)@C70,H2O@C70がそれぞれ得られた.(H2OHF)@C70の構造は単結晶X線構造解析とNMR測定により決定し,HFが水素結合のプロトンドナーであることがわかった.この研究結果はscience advances誌に受理された.
また,有機化学的な手法によりて合成したH2,D2,H2O,HFをそれぞれ内包したC70に対して,窒素プラズマ法を利用したN原子の挿入を試み,基底四重項N原子の反応性について検証した.その結果,H2とD2を内包したC70の場合では,N原子挿入を内部に導入できたが,ケージ内部ではN原子とH2が反応しないことがわかった.有機化学的な手法と物理的手法を組み合わせることで,C70ケージが二つの化学種の反応を検証するナノフラスコとして利用出来ることを示した.

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2017 2016 2015 Other

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Isolation of the Simplest Hydrated Acid2017

    • Author(s)
      Rui Zhang, Michihisa Murata, Atsushi Wakamiya, Takafumi Shimoaka, Takeshi Hasegawa, Yasujiro Murata
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Synthesis and Structure of an Open-cage Fullerene Derivative with a C69O Framework2017

    • Author(s)
      Zhang, R.; Murata, M.; Wakamiya, A.; Murata, Y.
    • Journal Title

      Chem. Lett.

      Volume: 46 Issue: 4 Pages: 543-546

    • DOI

      10.1246/cl.161178

    • NAID

      130005549097

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Synthesis of a Distinct Water Dimer inside Fullerene C702016

    • Author(s)
      Zhang, R.; Murata, M.; Aharen, T.; Wakamiya, A.; Shimoaka, T.; Hasegawa, T.; Murata, Y.
    • Journal Title

      Nat. Chem.

      Volume: 8 Issue: 5 Pages: 435-441

    • DOI

      10.1038/nchem.2464

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] HF と H2O の双方を内包したフラーレン C70の合成と性質2016

    • Author(s)
      〇張 鋭・村田理尚・若宮淳志・村田靖次郎
    • Organizer
      第二十七回基礎有機化学討論会
    • Place of Presentation
      広島国際会議場
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] X-ray Structure and Properties of Endohedral C70 Encapsulating Water Molecule(s)2015

    • Author(s)
      Zhang Rui, Murata Michihisa, Wakamiya Atsushi, Murata Yasujiro
    • Organizer
      16th International Symposium on Novel Aromatic Compounds (ISNA-16)
    • Place of Presentation
      Madrid, Spain
    • Year and Date
      2015-07-05
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] フラーレンC70に水分子を閉じ込めることに成功 ~水分子の挙動観測に成功し、新機能物質の開発に期待~

    • URL

      http://www.jst.go.jp/pr/announce/20160308-2/

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Remarks] 水分子単独ならびに水分子二個の結合体の挙動解明に成功

    • URL

      http://www.kuicr.kyoto-u.ac.jp/sites/topics/topics_160308/

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Remarks] フラーレンC70に水分子を閉じ込めることに成功

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2015/160308_2.html

    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-11-26   Modified: 2024-03-26  

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